国内外铜矿床深部找矿研究趋势分析

胡凌志

北京市地质工程设计研究院

国内外铜矿床深部找矿研究趋势分析

胡凌志

北京市地质工程设计研究院

一些成矿理论建立的矿床新模型为现行找矿提供了新思路。新技术、新方法联合探测，综合信息提取等已应用于深部找矿。近年来，全球范围内一些大型和特大型金属矿床的发现，无例外是以矿床模型为先导，地、物、化、遥联合攻关，高密度深钻验证。本文总结了国内外成矿理论、模式、深部找矿技术方法及发展趋势。

铜矿床深部找矿新方法

目前，一些成矿理论建立的矿床新模型为现行找矿提供了新思路。新技术、新方法联合探测，综合信息提取等已应用于深部找矿。近年来，全球范围内一些大型和特大型金属矿床的发现，无例外是以矿床模型为先导，地、物、化、遥联合攻关，高密度深钻验证。

1 成矿理论、模式研究趋势

成矿理论创新提供找矿先导。国内外运用成矿模式找矿获得成功的实例常有报道，成矿模式概括地指出了特定类型矿床的典型成矿环境和地质特征，具有很强的科学性、理论性和预测性。近年来，一些新矿床的发现丰富了成矿理论，如美国根据圣马纽埃矿床建立的斑岩铜矿蚀变分带模型，成功地发现了深部隐伏的卡拉马祖斑岩铜矿床；我国根据此模型在东天山成矿带、兴蒙成矿带、特提斯成矿带等相继发现了很多斑岩型铜钼金矿。王登红等(2011)通过对冈底斯斑岩铜矿带甲玛铜多金属矿与世界级铜矿对比，认为甲玛铜多金属矿床以矽卡岩型、斑岩型和角岩型“三位一体”、形成于晚第三纪青藏高原隆升阶段为显著特点，具有成为世界级铜、金、银、钼多金属矿床的潜力，矽卡岩类型铜矿储量达290万t，是我国目前最大的矽卡岩矿床，打破了以往“热液矿床大不了”的认识，指出在下一步的勘查过程中，需要进一步加强对矽卡岩型铜矿成矿机制的研究和勘探，建立起新的资源评价体系，目前已获得进展。

2 深部找矿的技术与方法研究趋势

物、化探找矿新方法的研究，超深钻的研发是目前及未来找矿突破的重要技术手段。建立地质、矿产、物探、化探、遥感资料的空间数据库，应用当代计算机技术和数学地质方法对找矿靶区优选和综合评价，提出矿区外围的找矿方向，是当代矿产资源预测评价的发展方向。曹新志等(2009)认为从方法论研究的角度，矿产勘查工作中常用的类比法、趋势外推法和归纳法仍然是矿区深部找矿前景快速评价的有效基本方法，下面主要从物探、化探及钻探技术的进展进行论述。

2.1 深部找矿中的深穿透化探新方法研究趋势

目前，国内外深穿透地球化学技术包括以下几个系列。

1)微细粒分离及测量技术

不同的地球化学景观区应该选取不同的采样介质、不同的粒级。如内蒙古西部、甘肃、新疆中北部等地区皆属干旱荒漠区，地形多呈中低山或丘陵，任天祥(1986)对该种景观条件下进行水系沉积物测量的方法研究表明：此类地区必须排除风成砂的干扰，水系沉积物要选粗粒级，即32-0.85mm(1-20目)可满足要求。

在半荒漠区水系沉积物粒级为2.00-0.425mm(10～40目)，可有效减少风成砂的干扰。再如在戈壁覆盖区，张华等(2003)研究认为采样介质主要为土壤中粗粒级岩屑，干扰因素为风积物和盐渍层，风成砂很少大于0.85mm(20目)，以小于0.18mm(－80目)为主，确定最佳采样粒度为4.75-0.85mm(4-20目)，采样时应剥去上部风积层，采集基岩风化碎石。刘汉粮等(2011)在东乌珠穆沁旗针对半干旱(残山)丘陵草原覆盖亚景观区开展了1：20万化探方法技术研究，在典型已知矿区进行了采样、层位和粒级方法技术试验，表明0.125mm(120目)细粒级沉积物样品是1：20万区域化探扫面的最佳采样介质。

2)电化学测量技术

此方法由前苏联雷斯等提出并发展起来，又称为部分金属提取法(CHIM)。自20世纪80年代引入中国后，应用范围几乎遍及全国，应用矿种有Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、As、Ni、U、Sb等十几种金属。国内许多学者如谭克仁、李金铭、刘吉敏、王文龙、罗先熔等取得了突破性的成果

此方法已经在实践中得到检验，在运积物厚达150m及成矿后，沉积岩厚达500m的条件下找到隐伏矿体。

3)选择性化学提取技术应用最有潜力的方法

包括活动金属离子法(MMI)、酶提取法(EnzymeLeach)、金属活动态提取法(MOMEO)。

I酶提取法(EnzymeLeach)技术是Clark等于20世纪80—90年代研制的一种利用葡萄糖氧化酶提取矿物颗粒表面非晶质锰的氧化膜寻找隐伏矿的方法。利用葡萄糖氧化酶的催化作用，使右旋糖与水反应缓慢生成H2O2。生成的痕量H2O2选择性提取土壤中非晶质的氧化锰，而结晶质锰的氧化物仅受微弱的侵蚀。当所有非晶质锰的氧化物都起反应后，酶的作用则停止，从而提高了异常的可靠程度。自1995年以后开始进行广泛的应用，此方法在隐伏斑岩铜矿、块状硫化物矿床、矽卡岩铜矿、Elm-wood矿区深部密西西比河谷型锌矿体找矿等证实了其有效性(谢学锦等，2003；Kelleyetal，2003)，此方法在中国应用较少。

II活动金属离子法(MobileMetalIons，MMI)是澳大利亚Mann等在20世纪90年代初发展起来的，是目前国外各种选择性提取方法中最为成功的。该技术不仅在寻找隐伏矿方面效果良好，而且可以用于强化出露区地球化学异常和排除地表干扰，取得了很多成功的例子。这一方法的理论依据是金属活动离子可以从深部矿体穿过上覆沉积岩石及厚层运积物盖层而达于地表。而这种金属活动离子是可以通过某种特殊试剂提取出来的。这种金属活动态离子异常经常较准确地位于矿体垂直上方或者倾斜上方，透视深度最高记录达700m。但是该方法的技术部分处于保密状态，并未公开。

III活动态金属提取方法(MOMEO)是在传统的偏提取与循序提取的基础上发展起来的，与传统的偏提取方法在思路与技术上有很大不同，其最大不同之处在于不打开载体，只“剥掉”松散的、附着于载体表面的离子态金属。王学求等(2011)观测到矿石、土壤、气体介质中具有继承性关系的纳米金属微粒。矿石中纳米级金属微粒通过与微气泡表面相结合，以地气流为载体，或纳米微粒本身具有类气体性质，可以克服重力影响，穿透厚覆盖层迁移至地表，到达地表后一部分纳米颗粒仍然滞留在气体里，另一部分被土壤地球化学障(黏土、胶体、氧化物等)所捕获。为深穿透地球化学从描述性或推测性模型走向实证性科学迈出了重要一步，为利用土壤作为采样介质、精确分离含矿信息，用于寻找外来盖层下的隐伏矿提供了纳米地球化学技术。

4)气体和地气测量技术

地气测量的基本方法原理是利用一定的捕集装置在近地表大气或地表疏松层中捕集来源于地下矿源层的超微细物质，通过对已捕集的样品分析测试，获得有关元素的地球化学特征，进行隐伏矿的勘探。地气异常形成有2个方面：一方面，地气流在由地下深部向地表迁移的过程中，当穿过矿体或矿带时，可将矿体或矿带周围的纳米级金属微粒带至覆盖层形成异常；另一方面，矿床的形成过程中和形成后的漫长地质年代中，可形成与矿床组分相一致的纳米级微粒，这些纳米级微粒因本身具有强大的迁移穿透能力等“类气体”性质和浓度差、地温差和压力差等因素的作用，不断向上迁移到达地表，并在地表松散层和近地表大气形成异常。

2.2 国内外深部地球物理研究趋势

无论是深部矿产勘查，还是成矿学的发展，越来越认识到了解地球深部结构、物质和状态的重要性。采用现代地球物理技术，对典型矿床深部结构进行不同层次的探测，对认识深部矿床成因、总结找矿方法和深部找矿的实践具有重要意义。

1)目前广泛应用于深部固体矿体勘查的主要为电磁法。电磁法在测量方法上，瞬变电磁测深技术(TEM)、可控源音频大地电磁测深技术(CSAMT)、频谱激电法(SIP)、高分辨电导率成像技术(EH4)、天然源声频大地电磁法(AMT)、小比例尺充电法等各种方法各显其能。对于找深部矿(目标深度为500-1500m)来说，CSAMT法存在近区效应、电磁干扰、静态效应以及深部分辨率偏低等，需要结合具体情况加以分析和改进。

磁法是一种找磁性金属矿体的有效方法，但是随着矿体埋深加大，磁异常的衰减很快，在地表能观测到的磁场值很弱，研究低缓磁异常，或是复杂异常背景下分解出的微弱异常，划定和解释这些微弱异常是有相当难度的。同时由于重力与磁力场强随深度二次方衰减，因此要增加勘查深度需要另辟蹊径。

此外，由于成矿条件的多样性、矿体结构的复杂性和各种矿体矿石物性的叠复性，加之地球物理反演的等效效应等使反演结果具有多解性，往往使物探异常与矿体的对应关系复杂化。

近年来，国内外已有一些将地球物理勘查技术应用于深部构造及深部隐伏矿定位预测探测的实例。Heinson等(2006)用大地电磁测深(MT)查明了位于澳大利亚南部元古宙高勒克拉通边缘的奥林匹克坝铜－金氧化物矿床成矿流体上升通道的位置，并在矿床下发现一低阻层。

2)井中地球物理信息与深部矿化预测

钻孔地球物理方法可获取钻孔周围和底部的直接信息，这对发现井旁或井底的隐伏矿(盲矿)是很重要的。资料表明，在加拿大、澳大利亚等国近30年来发现的金属矿中，有许多是借助钻探和井中地球物理方法得以奏效的。对于一些勘查历史悠久的老矿区，深部钻探与井中物探方法的有机结合，已成为寻找深部隐伏(盲)矿床的有效方法组合，为老矿区的繁荣注入了新的活力。在井中物探方法中，采用较多的是井中磁测、井中激发极化法、深部充电法及井中瞬变电磁法(TEM)。井中充电法主要用于圈定矿体范围、确定矿体产状及埋藏深度，寻找充电孔附近的隐伏盲矿体和在相当大的空间(数十平方千米)内发现隐伏构造、岩体、盲矿体等地质问题。这种方法在俄罗斯得到广泛应用。如在科拉-卡累利阿铜镍矿区，用井中充电法发现和追索了索普查岩体下层的矿脉型矿田。对索普查岩体的勘查导致在400～900m深度上发现了硫化铜镍矿，成为井中充电法与钻探方法合理组合的典范，后来，这一组合方法被成功地用于阿拉列琴、罗夫纳湖及哈萨克斯坦的科斯姆伦矿区。

井中TEM系统由于更加接近深部隐伏矿体，可降低上覆盖层的影响，在钻孔周边200～300m半径范围内具有较好的分辨能力，能获取深部隐伏矿体的直接信息。

在加拿大、澳大利亚等一些老的矿区或矿产普查中，该方法对寻找深部隐伏矿床发挥了主导作用，成为圈定深部隐伏矿床的有效组合方法之一。在勘查历史悠久的加拿大萨德伯里铜镍矿区，20世纪80年代中期，勘查工作的重点转移到在深部沿着萨德伯里火成岩的接触带以下的底板中寻找极富的底板型矿床。在有利的接触带，钻孔大多数已打到300m，有的达600m或更深。如何寻找深部的矿床成为近10年来关键的地质问题。目前的找矿实践证明，深部钻孔加井中瞬变电磁测量是一种实用和有效的勘查方法组合。利用这种方法组合，从80年代中期到90年代，在深部相继发现了一批极富的铜镍硫化物矿床。1987年在萨德伯里盆地南缘地下1280m的深度发现了深部林兹里高品位矿床；90年代初国际镍公司利用该方法在盆地的东缘发现了大而富的维克多矿床，在盆地北缘发现了新麦克里达铜镍矿床。维克多矿石储量达1800-3600万吨，埋深为2400m，镍品位为1.5%～2.6%，铜5%～7.4%，贵金属6.7～17g/t，含铜90～266万吨。新麦克里达矿床埋深1000～1500m，铜储量79万吨、镍5.8万吨，铜和镍的品位分别为11%和0.8%。另外，深钻和井中瞬变电磁法的结合还在已开采的接触带型矿床之下发现了一个高品位的底板矿床—东麦克瑞迪矿床，并用电磁测量进一步圈出了矿床的范围。该矿床埋深1200～1500m，有多个富的含矿层位。在加拿大诺兰达矿区，钻探和钻孔电磁测量的方法组合也成为该矿区目前主要的勘查手段之一。80年代用这种组合方法相继发现了科伯特矿床(埋深700m)和安西尔(埋深1280m)矿床。

2.3 国内外钻探技术的进步

深部地球化学和地球物理探查提供的仅仅是一种找矿信息，而要发现查明深部矿体，则要靠大密度的深部钻探才能实现，如蒙古国奥尤陶勒盖(OyuTolgoi)斑岩铜金矿，施工钻探累计达27.8万m，最终探明了铜储量近1500万t、金400t的超大型铜金矿。

坑道勘探是利用地下井巷进行勘探，相对于地表勘探能节省大量的钻探工作量，而且由于坑道内能进行全方位钻探施工，容易实现对危机矿山临近层资源的勘探，也是深部资源勘探的一种理想方法。

空气反循环钻井的技术在找矿中在目标明确的条件下，可以快速、经济探查深部矿体。

2.4 现代电子和计算机信息技术的飞速发展对矿产勘查的影响意义深远

矿产勘查是多学科理论与实践、科学与技术融为一体的综合研究工作，现代信息技术尤其是三维信息技术在矿产勘查领域中的广泛有效的应用，使得对地、物、化、遥等海量数据信息进行高效集成和综合处理成为可能，并使数据处理的准确度和精确度不断改善和提高，从而使找矿预测和靶区圈定更加准确有效。

将物探、化探和遥感等硬件技术与计算机信息处理的软件技术相结合，即基于GIS平台，应用先进的数据管理、建模和分析系统对勘查所获得的各种数据信息进行处理，使多样性的勘查技术数据常规性的转换成实用的地质信息和直观的三维图像表达，已成为当代矿产勘查的主要工作模式。同时，信息技术的进步也使物探、化探和遥感技术数据的采集和存储更快更高效，使工作效率大大提高。数据信息处理技术已然成为矿产勘查技术中不可或缺的重要组成部分。

3 全球铜金属矿山深部找矿总结

1、全球铜矿的主要类型以斑岩型铜矿、砂页岩型、火山成因块状硫化矿物型和铜镍硫化物型为主；全球铜矿主要分布于全球铜4个成矿域、21个铜成矿省、64个铜成矿带。

2、全球铜储量为7.00亿吨，各地区分布极不均匀。全球铜矿生产总体保持平衡发展势态，2014年达到1871.4万吨。国际铜价近期平稳下滑，2015年6月约为6000美元/吨。

3、全球有色金属总勘探投入及铜矿勘探投入在2013及2014年呈现出急剧下降的走势，但全球铜矿勘查投入预算与有色金属总预算中所占的比例呈逐渐增大的趋势，2014年为24.9%。勘查热点区域依次是拉美、欧亚、非洲、加拿大、澳大利亚、美国、太平洋岛国。

4、1991-2013年全球铜矿重大发现成果中187处中绿地(Greenfields)及矿区型(Brownfields)分别统计来看，涉及矿山深部找矿的成果来看共计51处，矿区深部找矿共计新增3.58亿吨铜金属储量，占187处中绿地(Greenfields)及矿区型(Brownfields)总和8.8亿吨的41%，说明矿山深部找矿的效果很好。

5、从手段上来看，钻探手段是作为矿山深部找矿成功最直接、最有效的手段，也就是说地质找矿中“就矿找矿”的传统方式仍然是最直接方法。